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专利号: 2020100185431
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于最优环路的微电网拓扑规划,其特征在于:包括以下步骤:步骤1、构建图论算法阶段的数学模型,将微电网表示为图形,负荷点表示为节点;将给定的电网转换为图论中图的形式,将各个负荷点表示为节点,并在转化后的图中对电网中的各个负荷点进行说明,给定的电网建模为图G={V,E},其中V代表负荷点,E代表一组输配电线路,即连接节点的边,同时将V划分为k个子集(V1,…,Vi,…、Vk),此时将图论中连接节点的边赋权值,为了最大限度的恢复重要负荷供电,将连接节点的边ei的权值wi整定为:Pi为负荷消耗的有功功率,Ni为该负荷的重要程度权重,越重要权值越小,对应重要程度等级分别取1、10、100;

步骤2、分别构建图论算法粗化、分区和细化还原三个阶段数学模型将节点划分到潜在环路中,并根据数学模型设计相关粗化阶段计算流程、分区阶段计算流程和细化还原阶段计算流程;首先将系统内的节点互联为单个节点,通过迭代简化图形,直到图中包含节点的数量达到给定阈值要求迭代结束,在每次迭代中,图Gi被转换为Gi+1,直到满足以下约束条件,

|Vi+1|<|Vi|              (2)其中下标i是迭代索引,Gi的顶点被分组为不相交的集群,并且集群中的顶点被连接合并以在Gi+1中形成单个顶点;迭代过程中选择采用最大边权重匹配的标准,即两个节点之间k

的边权重大的,优先进行匹配;分区阶段是将粗化后的图形Gn中的节点分割成k个部分Pn,即形成k个初步潜在的环路,使用贪婪图增长分区(GGGP)算法进行分区,在分区过程中要保证在分区形成环路系统Vj时有利于功率平衡并且也接近Vj的节点优选作为Vj的互联节点,要满足以下约束公式:

Gain为分区阶段考虑的权重标准,其中dis{Vj,Vk}为Vj节点与其在Vm中的一阶相邻节点Vk之间的距离;并且mis(Vm)是当通过DG容量GC和峰值负载D按照上述定义插入节点Vj时,环路Vm中的功率不匹配,并满足如下公式:最后,分区阶段结束后引入一个参数S衡量分区结果,剔除分区结果中某些环路节点较多某些环路节点较少的情况,保证分区结果的均衡性,参数公式如下所示:其中S为总体标准差,Vi为第i个分区包含节点的数量,V为每个环路平均的节点数,k为总的环路个数,S值越小表示分区结果均衡性越好;

步骤3、基于改进的旅行商算法将数学模型设计成单个环路结构,将潜在环路内的节点互联形成环路,得到优化的环路拓扑结构;

步骤4、根据步骤2、步骤3中设计的数学模型求解一组基于优化的环路拓扑结构的候选微电路拓扑结构;

步骤5、评估候选微电路拓扑结构,找出最优的环路拓扑结构;微电网拓扑规划方法采用MATLAB编程语言进行仿真分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于最优环路的微电网拓扑规划,其特征在于:步骤2中图论算法粗化阶段计算流程如下:

步骤211、将匹配集初始化为 i=0;匹配集用M表示,原始匹配集为M0,粗化阶段第i次节点匹配成功的匹配集用Mi表示;

步骤212、选择Gi中DG和储能装置所在节点Vm进行匹配;

步骤213、判断DG或储能装置所在节点是否全部被标记;是,随机选择尚未与匹配Mi关联的节点作为Vm;

步骤214、在与Vm相邻的边中,选择Gi中不是DG和储能装置的节点中最大权重边缘(wi)所在节点Vn与之匹配;

步骤215、连接顶点Vm和Vn以在Gi+1中形成新的顶点;将Vm和Vn与匹配的Mi关联起来;

步骤216、判断Gi+1中的顶点是否减少为原始图的一半,是,则结束;否则,设置i=i+1并返回步骤212;

通常N(Gi+1)

3.根据权利要求1所述的一种基于最优环路的微电网拓扑规划,其特征在于:步骤2中图论算法分区阶段计算流程如下:

步骤221、随机选择粗化后的图中DG节点作为初始集V1;

步骤222、将V2中增益,即公式(3)中Gain最大的顶点Vm插入到V1中;

步骤223、将Vm先前属于V3的一阶邻居移动到V2;

步骤224、判断粗化后图形中的节点是否全部包含在环路系统中时,是,进行步骤225,否则,返回到步骤222;

步骤225、计算参数S,剔除划分结果中S值明显大于其他案例的情况;

其中V1是分区中包括的顶点集合,V2是V1的边界,即V1的一阶相邻顶点的集合,V3是图中剩余的顶点。

4.根据权利要求1所述的一种基于最优环路的微电网拓扑规划,其特征在于:步骤2中设计图论算法细化还原阶段数学模型的具体步骤为:将分区后形成的未分解图使用算法Kernighan‑Lin(KL)算法迭代还原为原始图,使用以下公式对发电负载功率平衡和储能设施共享这两个标准进行量化,指数λm,n的值的减少将表示成功的交换,

其中,下标m和n表示交换考虑的两个相邻回路系统Vm和Vn,mis由公式(4)给出,es是能量存储容量EC与峰值负荷D之比,上标*表示各自的期望值,MG表示整个微电网;

图论算法细化还原阶段计算流程如下:步骤231、选择相邻环路边界上未标记的节点进行交换测试;

步骤232、测试它们的交换是否可以改善当前分区,是,进行步骤233,否则返回步骤

231;

步骤233、执行并仅执行成功交换;

步骤234、标记被测试过的节点,确保每个节点仅被测试一次;

步骤235、判断所有边界节点是否全部被测试,是,结束;否则返回步骤231。

5.根据权利要求1所述的一种基于最优环路的微电网拓扑规划,其特征在于:改进的旅行商算法改进之处是从潜在环路的任意节点开始,迭代的选择其临近节点,并判断所选节点在形成环路过程中是否只选择一次,若满足条件,则继续进行,否则,剔除此节点,继续迭代,直到潜在环路内所有可选节点都被选择后,停止迭代,形成环路,然后再将剔除的节点单独加到环路中去;

首先引入决策变量αij,αij=1即选择线段i‑j,当αij=0时即未选择线段i‑j,目标函数为:

其中αij为决策变量,αij=1即选择线段i‑j,当αij=0时即未选择线段i‑j;dij为所选线段的长度;

约束条件为:

ti∈{0,1}         (13)约束(11)和约束(12)可以保证每个节点只经过一次,并在编程过程中引入整数变量ti来表示节点是否在形成环路过程中只选择一次,ti=1,表示只经过一次,保留该节点,ti=

0,表示在只经过一次的情况下,不能形成环路,剔除该节点。

6.根据权利要求1所述的一种基于最优环路的微电网拓扑规划,其特征在于:对一组候选微电路拓扑结构分别进行可靠性评估、经济性评估及合理性评估;

可靠性评估引入可靠性指标Ns来评估形成的环路拓扑结构的可靠性,它通过计算形成的环路拓扑结构中负荷的供需是否平衡及供电的裕度表示可靠性,如下式(14)所示:其中Sm代表形成环路中DG和储能装置的发电量与储能的和,k代表所形成的环路,m代表形成环路拓扑结构的个数,i代表节点,Wi为所选节点的有功功率的值,β为所有负荷的同时系数;

经济性评估计算设计的环路拓扑结构所选路径的总成本,以此来表示所设计环路经济性的好坏,如下式(15)所示:

其中Cs为总成本,m为所形成的环路的个数,γ为修建单位距离的电缆所需的成本,dk为每个环路连接所有节点线段的总长;

合理性评估通过计算所形成环路中辐射型分支的数量来表征所形成拓扑结构的合理性,如下式:

式中Bs代表总的辐射型分支数,bk代表每个环路的辐射型分支的数量。